KR102356781B1 - Method for transmitting data in multi input multi output wireless communication system - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 송신단이 수신단으로 신호를 송신하는 방법을 제안한다. 특히, 본 발명에 따른 방법은, 데이터를 채널 코딩하여 특정 비트 사이즈의 비트열을 생성하는 단계; 상기 비트열을 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열과 제 2 비트 사이즈의 제 2 비트열로 분할하는 단계; 및 상기 제 2 비트 사이즈의 제 2 비트열을 신호 송신 시점에 기반하여 안테나 시퀀스 코드워드에 할당하는 단계; 및 상기 할당된 안테나 시퀀스 코드워드가 지시하는 안테나 쌍의 순서에 따라 상기 수신단으로 상기 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention proposes a method in which a transmitter transmits a signal to a receiver in a multi-antenna-based wireless communication system. In particular, the method according to the present invention comprises the steps of: generating a bit stream of a specific bit size by channel-coding data; dividing the bit string into a first bit string having a first bit size and a second bit string having a second bit size; and allocating a second bit stream of the second bit size to an antenna sequence codeword based on a signal transmission time. and transmitting the first bit stream of the first bit size to the receiving end according to the order of the antenna pairs indicated by the allocated antenna sequence codeword.
Description
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless communication system, and more particularly, to a method for transmitting data in a multi-antenna-based wireless communication system.
본 발명은 송신 안테나 인덱스에 비트 열을 할당하는 SM (spatial modulation) 방식, STBC (space time block code)와 상기 SM 기법이 결합된 STBC-SM (space time block coded spatial modulation)보다 좋은 BER (Block Error Rate) 성능을 제공할 수 있는 무선데이터 송수신 방법에 관한 것으로, 본 발명을 설명하기에 앞서 SM 방식 및 STBC-SM 방식에 관하여 간략히 설명한다.The present invention provides a better BER (Block Error) than a spatial modulation (SM) method for allocating a bit string to a transmit antenna index, a space time block code (STBC) and a space time block coded spatial modulation (STBC-SM) method in which the SM method is combined. Rate) to a wireless data transmission/reception method capable of providing performance. Prior to describing the present invention, the SM method and the STBC-SM method will be briefly described.
또한, 본 발명은 GBD-QOSTBC (Generalized block diagonal quasi-orthogonal space time block code)에서 사용하는 코드워드 행렬을 변형하여, 단말이 서로 다른 정보로 구분할 수 있는 (안테나 인덱스로 이루어진) 시퀀스를 정의하고자 하는 것으로, GBD-QOSTBC 역시 간략히 설명한다.In addition, the present invention transforms the codeword matrix used in GBD-QOSTBC (Generalized block diagonal quasi-orthogonal space time block code) to define a sequence (consisting of an antenna index) that the terminal can distinguish into different information. As such, GBD-QOSTBC is also briefly described.
우선, GBD-QOSTBC에 관하여 설명한다.First, GBD-QOSTBC will be described.
송신 안테나가 M T 개 일 때, M T ×M T 크기의 GBD-QOSTBC 코드워드 행렬을 만든다. 먼저, M T = 2 인 Alamouti 코드워드를 아래 수학식 1과 같이 행렬 A(s i ,s j ) 로 정의한다. 심볼 s i ,s j 는 신호 성상도 ψ 위의 복소 심볼이다 (즉, s i ,s j ∈ψ).The transmit antenna is M T , create a GBD-QOSTBC codeword matrix of size M T × M T. First, M T Alamouti codeword of = 2 is defined as a matrix A( s i , s j ) as shown in Equation 1 below. Symbols s i , s j is a complex symbol on the signal constellation ψ (ie, s i , s j ∈ψ).
상기 수학식 1을 바탕으로 M T = 4 인 환경에서 QO-STBC 코드를 아래 수학식 2와 같은 ABBA 코드로 나타낸다.Based on
상기 수학식 2에서 ABBA 코드를 사용해서 얻을 수 있는 다이버시티 이득은 여전히 2이다. 따라서, 송신 안테나 개수만큼 다이버시티 이득 4를 얻기 위해서는 s 3,s 4 심볼의 위상 회전이 필요하다. 위상 회전한 QO-STBC 코드워드 행렬을 아래 수학식 3과 같이 정의한다.In
상기 수학식 2 및 수학식 3에서 s 1,s 2,s 3,s 4∈ψ 이고, (단, )이다. 특히, 수학식 3에서 나타낸 Q-OSTBC 행렬을 블록 대각 행렬 형태(GBD-QOSTBC)로 변형하기 위해서 신호 성상도 위의 심볼 에 대해서 홀수 및 짝수 인덱스에 해당되는 심볼을 구분해서 정의한다. 즉, 홀수 인덱스 심볼: s odd = [s 1 s 3 … s 2 k -1] T 로 정의하고, 짝수 인덱스 심볼은 s even = [s 2 s 4 … s 2 k ] T 로 정의한다.In
위의 심볼을 아래의 선형연산을 통해서 수학식 4와 같이 새로운 심볼을 정의한다.A new symbol is defined as in Equation 4 through the following linear operation of the above symbol.
수학식 4에서 새롭게 정의된 심볼의 신호 성상도를 구분하기 위해서 Г 로 정의한다. 즉, S j ∈Г 로 수학식 4의 심볼을 정의한다.In order to distinguish the signal constellation of the symbol newly defined in Equation 4, it is defined as Г. That is, the symbol of Equation 4 is defined as S j ∈Г.
수학식 4에서는, 홀수 및 짝수 인덱스로 전체 2k개의 심볼들을 두 집합으로 분류하였다. 여기서, k x k 행렬 T 는 임의의 하다마드 행렬이고, 최대 다이버시티 이득을 얻기 위한 위상 회전 행렬 D 는 다음 수학식 5와 같다.In Equation 4, all 2k symbols were classified into two sets with odd and even indexes. Here, the kxk matrix T is an arbitrary Hadamard matrix, and the phase rotation matrix D for obtaining the maximum diversity gain is expressed by Equation 5 below.
수학식 4의 하다마드 행렬 을 가정하면, 상기 수학식 3을 블록대각 행렬로 수학식 6과 같이 다시 정의할 수 있다.Hadamard matrix of Equation 4 Assuming , Equation 3 can be re-defined as Equation 6 as a block diagonal matrix.
상기 수학식 4 및 수학식 6에서 심볼 s 1,s 2 는 위상 회전을 하지 않은 원 신호 성상도 ψ 위의 심볼이고, 이에 따라서 행렬 D 의 θ 0 = 0 이다. 또한, 상기 수학식 3의 기존 QO-STBC 코드워드 행렬( C4 )과 수학식 6의 GBD-QOSTBC 코드워드 행렬()의 구조는 서로 다르지만, 평균적인 BER 성능은 동일하다.In Equations 4 and 6, symbols s 1 and s 2 are symbols on the original signal constellation ψ without phase rotation, and thus θ 0 = 0 of the matrix D. In addition, the existing QO-STBC codeword matrix ( C 4 ) of Equation 3 and the GBD-QOSTBC codeword matrix of Equation 6 ( ) structure is different, but the average BER performance is the same.
GBD-QOSTBC 의 다른 예로서, M T = 8 인 코드워드 행렬( C8 )을 고려한다. 총 8개의 송신 심볼에 대해서 아래와 같이 두 심볼을 하나의 쌍으로 서로 다른 쌍의 심볼은 아래 수학식 7과 같이 서로 다른 위상으로 회전된 신호 성상도에 속한다.As another example of GBD-QOSTBC, consider a codeword matrix C 8 with M T = 8. For a total of 8 transmission symbols, two symbols are used as a pair as shown below, and symbols of different pairs belong to the signal constellation rotated to different phases as shown in Equation 7 below.
이 때, θ 0 = 0 . 위상은 안테나 개수 및 송신 심볼의 변조 차수에 따라서 결정된다. M T = 8 , BPSK심볼을 전송하는 경우, 이다. M T = 8 , QPSK 심볼을 전송하는 경우, 이다. 수학식 4의 임의의 하다마드 행렬 T 를 다음 수학식 8과 같이 가정한다.In this case, θ 0 = 0 . The phase is determined according to the number of antennas and the modulation order of the transmission symbol. M T = 8 , when transmitting a BPSK symbol, to be. M T = 8 , when transmitting QPSK symbols, to be. It is assumed that an arbitrary Hadamard matrix T in Equation 4 is expressed in Equation 8 below.
또한, 코드워드 행렬 C8 은 다음 수학식 9와 같다.Also, the codeword matrix C 8 is expressed by Equation 9 below.
행렬 A(s i ,s j ) 은 상기 수학식 1에서 정의 하였다. 임의의 r ≥ 2 에 대해서 M T = 2k = 2 r 일 때, GBD-QOSTBC 행렬은 아래 수학식 10과 같이 일반화할 수 있다.A matrix A( s i , s j ) is defined in
수학식 10의 코드워드 행렬에서 가로축은 안테나 인덱스, 세로축은 타임 슬롯 인덱스를 의미한다. 송신 안테나 개수를 M T = 2k = 2 r 로 나타낼 수 없는 M T = 6 와 같은 경우, M T = 8 에 대해서 GBD-QOSTBC 코드워드 행렬을 만들고, 가장 마지막 두 개의 행과 열을 삭제하면 M T = 6 에 대한 코드워드를 만들 수 있다.In the codeword matrix of Equation 10, a horizontal axis indicates an antenna index, and a vertical axis indicates a time slot index. The number of transmit antennas is M T = 2 k = 2 r In the case of M T = 6 that cannot be expressed as , a codeword for M T = 6 can be created by creating a GBD-QOSTBC codeword matrix for M T = 8 and deleting the last two rows and columns.
다음으로, SM 기법에 관하여 설명한다.Next, the SM technique will be described.
SM 기법은 각각의 송신 안테나 인덱스에 2진 데이터를 할당하고, 전송하고자 하는 비트 열에 상응하는 안테나를 선택해서 데이터 스트림을 전송하는 방식이다. 즉, 전송되는 총 정보량은 데이터 스트림에 할당된 정보량과 안테나 인덱스에 할당된 정보량의 합이다.The SM technique is a method of allocating binary data to each transmit antenna index, selecting an antenna corresponding to a bit string to be transmitted, and transmitting a data stream. That is, the total amount of information to be transmitted is the sum of the amount of information allocated to the data stream and the amount of information allocated to the antenna index.
도 1은 SM 기법의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 전송하는 총 정보량은 송신 심볼이 지니고 있는 정보량과 이를 전송하는데 사용된 안테나 인덱스에 할당된 정보량을 합한 것임을 알 수 있다.1 is a conceptual diagram of an SM technique. Referring to FIG. 1 , it can be seen that the total amount of information to be transmitted is the sum of the amount of information possessed by a transmission symbol and the amount of information allocated to an antenna index used to transmit the same.
보다 구체적으로, 송신 안테나가 M T 개 일 때, 최대 log2 M T 비트를 송신 안테나 인덱스에 할당 할 수 있다. 변조 차수가 M 인 PSK 또는 QAM 심볼을 가정하면, SM 기법으로 전송 할 수 있는 (채널 사용(channel use) 당 비트로 표현되는) 총 정보량(m)은 m = log2(M T )+log2(M) 로 정의할 수 있다.More specifically , when there are M T transmit antennas, a maximum of log 2 M T bits may be allocated to the transmit antenna index. Assuming a PSK or QAM symbol with a modulation order of M , the total amount of information (m) that can be transmitted by the SM technique (expressed in bits per channel use) is m = log 2 ( M T ) + log 2 ( M ) can be defined as
예를 들어, 채널 사용 당 3 비트를 전송할 때, 송신 안테나가 2개이고 변조 차수가 4인 경우와 송신 안테나가 4개이고 변조 차수가 2인 경우 SM 기법은 아래 표 1과 같이 적용될 수 있다. 아래 표 1에서 M T = N t , antenna number는 안테나 인덱스를, transmit symbol은 M-PSK, M-QAM 심볼이다.For example, when transmitting 3 bits per channel use, when there are 2 transmit antennas and a modulation order is 4, and when there are 4 transmit antennas and a modulation order is 2, the SM technique can be applied as shown in Table 1 below. In Table 1 below, M T = N t , antenna number is an antenna index, and transmit symbol is M-PSK, M-QAM symbol.
마지막으로, STBC-SM 기법을 설명한다.Finally, the STBC-SM technique will be described.
총 송신 안테나 M T 개 가운데, L 개를 이용해서 L×L STBC 코드워드를 가정한다. 앞서 설명한 SM 기법은 각각의 안테나 인덱스마다 비트 열을 할당하는 반면, STBC-SM 방식으로 데이터를 전송할 때는 STBC 코드워드 길이 L 타임 슬롯 동안 선택한 L 개의 안테나를 계속 사용해야 한다.Total transmit antenna M T Among them, L × L STBC codewords are assumed using L. Above SM scheme it should be used to continue the L antenna, while when transferring data with STBC-SM scheme selected for the STBC code word length L time slots to assign a bit sequence for each antenna index.
안테나 인덱스에 실어 보낼 수 있는 (채널 사용 당 비트로 표현되는) 정보량은 이다. 따라서 송신 심볼과 (M-PSK 또는 M-QAM) 안테나 인덱스에 실어서 전송하는 총 정보량(m)은 로 정의될 수 있다.The amount of information (expressed in bits per channel use) that can be sent on the antenna index is to be. Therefore, the total amount of information (m) transmitted in the transmission symbol and (M-PSK or M-QAM) antenna index is can be defined as
M T = 4,L = 2 , , M = 2(BPSK) 인 경우를 가정하여 예시한다. M T = 4, L = 2, , M = 2 ( BPSK ) is exemplified.
송신 안테나 네 개 가운데, 두 개를 선택해서 두 타임 슬롯 동안 Alamouti 기법으로 데이터를 전송한다. 송신 안테나 인덱스 1 내지 4 중 2개를 선택해서 아래 표 2와 같이 2 비트를 할당한다. 선택하는 안테나에 상응하는 STBC-SM 코드워드를 아래 수학식 11에 나타냈다. 수학식 11에서 세로축이 안테나 인덱스를, 가로축이 타임 슬롯 인덱스를 의미한다.Two of the four transmit antennas are selected and data is transmitted using the Alamouti technique for two time slots. Two of the
수학식 11에서 코드북 X 2 의 코드워드 원소들은 모두 θ 만큼 위상 회전을 하는 것을 알 수 있으며, 이는 두 코드북에 정의된 심볼 간의 거리를 최대화 함으로써 BER성능을 개선하는 역할을 한다. θ 값은 송신 안테나 개수, 변조 차수에 따라서 다르고, closed Form으로 찾을 수 없기 때문에 실험적으로 찾아야 한다. 이하 도면을 참조하여 설명한다.It can be seen from
도 2는 STBC-SM 기법의 개념도이다. 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 θ = π/2 로 가정한다.2 is a conceptual diagram of the STBC-SM technique. In FIG. 2 , it is assumed that θ = π /2 for convenience of explanation.
x 1,x 2 는 각 안테나에서 전송하는 BPSK 심볼이다. 따라서, 두 타임 슬롯 동안 각 안테나 마다 1 비트씩 총 2 비트를, 그리고 안테나 인덱스로 2 비트를 추가로 전송하므로 총 4 비트를 전송한다. 여기서, 상기 4 비트 열을 도 2와 같이 u 1,u 2,u 3,u 4 로 나타낸다. 이 가운데, u 1,u 2 를 안테나 인덱스에 할당한 비트열, u 3,u 4 를 BPSK심볼에 할당해서 보내는 비트열로 가정하면, 도 2와 같은 블록 다이어그램으로 나타낼 수 있다. x 1 and x 2 are BPSK symbols transmitted by each antenna. Accordingly, since a total of 2 bits are transmitted by 1 bit for each antenna during two time slots, and 2 bits are additionally transmitted as an antenna index, a total of 4 bits are transmitted. Here, the 4-bit string is represented by u 1 , u 2 , u 3 , and u 4 as shown in FIG. 2 . Among them, assuming that u 1 , u 2 are bit streams allocated to antenna indexes, and u 3 , u 4 are allocated to BPSK symbols and transmitted as bit strings, it can be represented by a block diagram as shown in FIG. 2 .
한편, L<M T 타임 슬롯 동안만 채널이 변하지 않아서, 송신 안테나 M T 개 가운데 L 개를 선택해서 고정된 전송률로 데이터를 전송한다고 가정하면, STBC-SM 기법은 총 전송 데이터 가운데 일부를 SM 기법으로 전송 하기 때문에, 기존 L×L 크기의 STBC코드워드를 사용해서 데이터를 전송하는 것 보다 송신 심볼에 실어 보내는 정보량을 줄일 수 있고, 이에 따른 BER 이득을 얻을 수 있다.On the other hand, the channel does not change only during the L < M T time slot, the transmit antenna M T Of the you to select L pieces assumed to transmit data at a fixed rate, since STBC-SM technique is to transfer some of the aggregate transmit data to the SM technique, using the STBC code words of the existing L × L size data It is possible to reduce the amount of information to be transmitted in a transmission symbol rather than to transmit, and thus a BER gain can be obtained.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로 이하에서는 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 데이터를 송신하는 방법을 제안하고자 한다. 특히, 본 발명은 개루프(open loop) MIMO (multiple input multiple output) 시스템에서 효과적인 무선데이터 송수신 기법을 제안한다.Based on the above discussion, a method for transmitting data in a multi-antenna-based wireless communication system is proposed below. In particular, the present invention proposes an effective wireless data transmission/reception technique in an open loop multiple input multiple output (MIMO) system.
본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 송신단이 수신단으로 신호를 송신하는 방법은, 데이터를 채널 코딩하여 특정 비트 사이즈의 비트열을 생성하는 단계; 상기 비트열을 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열과 제 2 비트 사이즈의 제 2 비트열로 분할하는 단계; 상기 제 2 비트 사이즈의 제 2 비트열을 신호 송신 시점에 기반하여 안테나 시퀀스 코드워드에 할당하는 단계; 및 상기 할당된 안테나 시퀀스 코드워드가 지시하는 안테나 쌍의 순서에 따라 상기 수신단으로 상기 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열을 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for a transmitting end to transmit a signal to a receiving end in a multi-antenna-based wireless communication system according to an embodiment of the present invention comprises: generating a bit stream of a specific bit size by channel-coding data; dividing the bit string into a first bit string having a first bit size and a second bit string having a second bit size; allocating a second bit stream of the second bit size to an antenna sequence codeword based on a signal transmission time; and transmitting the first bit stream of the first bit size to the receiving end according to the order of the antenna pairs indicated by the allocated antenna sequence codeword.
여기서, 상기 안테나 시퀀스 코드워드는, 2개의 타임 슬롯과 2개의 안테나 인덱스들로 정의되는 것을 특징으로 한다.Here, the antenna sequence codeword is characterized in that it is defined by two time slots and two antenna indices.
구체적으로, 상기 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열를 송신하는 단계는, 타임 슬롯 단위로, 상기 할당된 안테나 시퀀스 코드워드가 지시하는 안테나 쌍의 순서에 따라, 상기 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열을 QO (quasi-orthogonal)-STBC (space time block code) 기법으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 할당된 안테나 시퀀스 코드워드는, 2개의 타임 슬롯에서 데이터가 송신되는 안테나 쌍을 지시하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the step of transmitting the first bit string of the first bit size includes: in units of time slots, according to the order of the antenna pairs indicated by the allocated antenna sequence codeword, the first bit string of the first bit size It is characterized in that it comprises the step of transmitting the QO (quasi-orthogonal)-STBC (space time block code) technique. Here, the allocated antenna sequence codeword is characterized in that it indicates an antenna pair through which data is transmitted in two time slots.
바람직하게는, 상기 제 1 비트 사이즈와 상기 제 2 비트 사이즈의 합은 상기 특정 비트 사이즈인 것을 특징으로 한다.Preferably, the sum of the first bit size and the second bit size is the specific bit size.
본 발명의 실시예에 따르면 다중 안테나 기반 무선 통신 시스템에서 데이터를 보다 효과적으로 전송할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, data can be transmitted more effectively in a multi-antenna-based wireless communication system.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.
도 1은 SM 기법의 개념도이다.
도 2는 STBC-SM 기법의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 안테나 인덱스 시퀀스를 생성하는 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 안테나 인덱스 시퀀스를 이용하는 경우, 안테나 수와 최대 정보량과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신기의 구조를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수신기의 구조를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수신기의 다른 구조를 도시하는 도면이다.1 is a conceptual diagram of an SM technique.
2 is a conceptual diagram of the STBC-SM technique.
3 illustrates an example of generating an antenna index sequence according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a relationship between the number of antennas and a maximum amount of information when an antenna index sequence is used according to an embodiment of the present invention.
5 shows the structure of a transmitter according to an embodiment of the present invention.
6 shows the structure of a receiver according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating another structure of a receiver according to an embodiment of the present invention.
셀 당 주파수 효율을 증대 시키기 위해서는 송신 심볼당 정보량이 높아야 하기 때문에, 변조 레벨이 높은 심볼 전송이 필요하다. 그러나, 변조 레벨이 높은 심볼 전송 시, 자연스럽게 신호 성상도 위의 심볼 간 최소 거리가 줄어 들어서 동일 SNR에서 BER성능이 저하된다. 기지국이 송수신기 간의 채널 정보를 활용 할 수 있는 폐루프 (closed-loop) MIMO 시스템에서는 MIMO 빔포밍 (Beamforming) 기법으로 유효 수신 SNR을 증가시켜서, 직접적으로 전송률 (Achievable Rate)을 증가 시킬 수 있다.In order to increase the frequency efficiency per cell, since the amount of information per transmission symbol must be high, symbol transmission with a high modulation level is required. However, when a symbol with a high modulation level is transmitted, the minimum distance between symbols on the signal constellation naturally decreases, so that the BER performance at the same SNR is deteriorated. In a closed-loop MIMO system in which the base station can utilize channel information between transceivers, the effective reception SNR can be increased by using the MIMO beamforming technique, thereby directly increasing the Achievable Rate.
그러나 개루프 MIMO 시스템에서는, 수신 SNR 이득(array gain)이 수신기 안테나 개수에 의해서 결정되기 때문에, 기지국의 안테나가 많더라도 송신 전력을 증폭시키지 않는 한 직접적으로 전송률을 향상시키기 어렵다. 따라서, 본 발명은 수신 SNR 증대로 전송률을 개선하는 방향이 아니라, 개루프 MIMO 시스템에서 동일한 데이터 양을 전송할 때, 기존 개루프 MIMO 데이터 송수신 방식들보다 BER 성능을 개선하는 것을 목적으로 한다.However, in the open-loop MIMO system, since the receive SNR gain is determined by the number of receiver antennas, it is difficult to directly improve the data rate unless the transmit power is amplified even if the base station has many antennas. Accordingly, an object of the present invention is not to improve the data rate by increasing the received SNR, but to improve BER performance compared to existing open-loop MIMO data transmission/reception schemes when the same amount of data is transmitted in an open-loop MIMO system.
본 발명은 GBD-QOSTBC 코드워드 행렬을 QO-STBC 기법의 BER 성능 관점에서 다이버시티 이득을 유지하는 제한조건 안에서만 행렬을 변형하는 것을 주된 특징으로 한다. 코드워드의 변형은 데이터 전송 시점에 따라서 사용하는 안테나를 변경하는 것과 동일하고, 이를 바탕으로 송신 안테나 인덱스로 구성된 시퀀스를 정의하여 데이터를 전송하는데 사용한다. 궁극적으로, 전송하고자 하는 총 데이터를 송신 심볼과 안테나 인덱스 시퀀스에 나누어서 보낸다. 본 발명은 이러한 데이터 전송 방식을 STBC-SSC (space time block coded spatial sequence coding)라고 지칭한다. 먼저, 본 발명에서 사용하는 코드북을 설명한다.The present invention is mainly characterized by transforming the GBD-QOSTBC codeword matrix only within the constraint that maintains the diversity gain in terms of the BER performance of the QO-STBC technique. Modification of the codeword is the same as changing the antenna used according to the data transmission time, and based on this, a sequence composed of the transmit antenna index is defined and used to transmit data. Ultimately, the total data to be transmitted is divided into a transmission symbol and an antenna index sequence and transmitted. The present invention refers to this data transmission scheme as STBC-SSC (space time block coded spatial sequence coding). First, the codebook used in the present invention will be described.
A) 코드북 정의A) Codebook Definition
(1) X QAM,QOSTBC : QO-STBC 심볼 벡터 코드북 (M-PSK, M-QAM 심볼로 구성)(1) X QAM, QOSTBC : QO-STBC symbol vector codebook (composed of M-PSK and M-QAM symbols)
기존의 QO-STBC 기법의 M T ×M T 코드워드 행렬을 만들 때 사용되는 코드북이다. 제안하는 방식에서는 GBD-QOSTBC 심볼로 변환할 때, 사용한다. QO-STBC 코드워드는 2x2 Alamouti 코드워드 (Orthogonal STBC)를 M T = 22,23,...,2 r 에 대해서 ABBA 코드워드를 기반으로 M T ×M T 행렬로 확장한 것이다. 이에 따라서 QO-STBC 코드워드 행렬은 Half-orthogonal 특징을 갖는다. 즉, QO-STBC 코드워드 행렬을 구성하는 각각의 행 벡터 (또는 열 벡터)는 서로 다른 M T /2 개의 행 벡터(열 벡터)와 수직이다. 이러한 특성을 쉽게 이해하기 위해서 상술한 수학식 3의 QO-STBC 코드워드를 이용해서 을 아래 수학식 12를 살펴본다.It is a codebook used to create an M T × M T codeword matrix of the existing QO-STBC technique. In the proposed method, it is used when converting to GBD-QOSTBC symbol. QO-STBC codeword is 2x2 Alamouti codeword (Orthogonal STBC) M T = 2 2 ,2 3 ,...,2 r is extended to an M T × M T matrix based on the ABBA codeword. Accordingly, the QO-STBC codeword matrix has a half-orthogonal feature. That is, each row vector (or column vector) constituting the QO-STBC codeword matrix is perpendicular to different M T /2 row vectors (column vectors). In order to easily understand these characteristics, using the QO-STBC codeword of Equation 3 above, Look at Equation 12 below.
수학식 12에서 이고, 이다. 또한, 수학식 12에서 joint-ML 디코딩이 필요한 심볼의 쌍이 (s 1,s3),(s 2,s4) 임을 알 수 있다. 임의의 M T 에 대해서 확장하면, M T /2 개의 심볼로 구성된 두 쌍에 대해서 각각 joint-ML 디코딩이 필요함을 알 수 있다.in Equation 12 ego, to be. In addition, it can be seen from Equation 12 that the pair of symbols that require joint-ML decoding are ( s 1 ,s 3 ), ( s 2 ,s 4 ). any M T Expanding to , it can be seen that joint-ML decoding is required for two pairs of M T /2 symbols, respectively.
결과적으로, X QAM,QOSTBC 코드북은 크기가 M T /2×1 인 코드워드 벡터로 구성된다. 벡터의 원소는 M-PSK, M-QAM 등의 심볼이고, 총 개의 벡터로 아래 수학식 13으로 정의한다.As a result, the X QAM,QOSTBC codebook is composed of a codeword vector of size M T /2×1. The elements of the vector are symbols such as M-PSK, M-QAM, and total It is defined by Equation 13 below as a vector of .
수학식 13에서 s n [k]∈ψ 이고, 이 경우 ,n∈{1,2,...,M T /2} 이다.In Equation 13, s n [ k ]∈ψ, in this case , n ∈{1,2,..., M T /2} .
(2) X G-STBC : GBD-QOSTBC 심볼 벡터 코드북(2) X G-STBC : GBD-QOSTBC symbol vector codebook
상술한 수학식 4를 이용하여, QAM 또는 PSK 심볼로 정의되어 있는 X QAM,QOSTBC 의 코드워드 벡터들을 아래 수학식 14와 같이 GBD-QOSTBC 심볼로 변환한다. Using Equation 4 above, codeword vectors of X QAM and QOSTBC defined as QAM or PSK symbols are converted into GBD-QOSTBC symbols as shown in Equation 14 below.
수학식 14는 아래 수학식 15와 같이 단순하게 코드워드 벡터간의 1:1 맵핑으로 이해할 수 있다.Equation 14 can be simply understood as 1:1 mapping between codeword vectors as shown in Equation 15 below.
수학식 14 및 수학식 15를 참조하면, 벡터 단위로 맵핑 되므로 수신 신호 벡터와 가장 가까운 X G-STBC 의 코드워드 벡터를 결정한 이후, 역 연산을 통해서 X QAM,QOSTBC 의 QAM심볼로 구성된 심볼 벡터를 찾는다. 수학식 14에서 사용된 기호들을 요약하면 아래와 같다.Referring to Equations 14 and 15, since the vector is mapped in units of vectors, the codeword vector of X G-STBC closest to the received signal vector is determined, and then a symbol vector composed of QAM symbols of X QAM and QOSTBC is obtained through inverse operation. look for The symbols used in Equation 14 are summarized as follows.
- S[k]: M T /2×1 크기의 코드워드 벡터:- S[ k ]: Codeword vector of size M T /2×1:
- S j [k]: 벡터 S[k]의 원소, j∈{1,2,...M T /2}- S j [ k ]: elements of vector S[ k ], j ∈{1,2,... M T /2}
- S j [k]∈Г- S j [ k ]∈Г
(3) X Ant : 안테나 인덱스 시퀀스 코드북(3) X Ant : Antenna Index Sequence Codebook
연속적인 두 타임 슬롯을 t = (1,2), (3,4),..., (M T -1,M T ) 와 같이 하나의 단위로 표현하고, 전송 시점에 따라서 사용할 안테나 인덱스를 정의한다. 즉, 연속적인 두 타임 슬롯에서 사용할 두 개의 안테나 인덱스를 정의한다. 두 안테나가 하나의 쌍으로 안테나 인덱스 시퀀스를 구성하는 하나의 심볼이 된다. 따라서, M T /2 개의 안테나 쌍이 하나의 시퀀스를 구성하고, 서로 다른 안테나 인덱스 시퀀스들의 집합이 X Ant 이다. 안테나 시퀀스 코드북 X Ant 은 아래 수학식 16과 같이 나타낸다.Two consecutive time slots are expressed in one unit as t = (1,2), (3,4),..., ( M T -1, M T ), and the antenna index to be used according to the transmission time is determined. define. That is, two antenna indexes to be used in two consecutive time slots are defined. Two antennas become one symbol constituting an antenna index sequence as a pair. Accordingly, M T /2 antenna pairs constitute one sequence, and a set of different antenna index sequences is X Ant . Antenna sequence codebook X Ant is expressed as in Equation 16 below.
여기서, B SSC 는 안테나 인덱스 시퀀스에 할당해서 전송하는 정보량으로서, 그 단위는 비트이다. 또한, I j 는 j 번째 안테나 인덱스 시퀀스이고, u j 는 I j 에 대응하는 비트 시퀀스이다. 구체적으로, I j 및 u j 는 아래 수학식 17과 같이 표현할 수 있다.Here, B SSC is an amount of information allocated to an antenna index sequence and transmitted, and its unit is a bit. Also, I j is the j-th antenna index sequence, u j is I j A bit sequence corresponding to . Specifically, I j and u j can be expressed as in Equation 17 below.
(4) X H : 유효채널 행렬들의 집합(4) X H : set of effective channel matrices
X H 은 코드북 X Ant 에 정의된 안테나 인덱스 시퀀스에 상응하는 M T ×M T 크기의 유효채널 행렬들의 집합이다. 본 정보는 개루프 MIMO 시스템에서는 단말만 갖고 있고, 아래의 수학식 18로 나타낸다. X H is a set of effective channel matrices of size M T × M T corresponding to the antenna index sequence defined in the codebook X Ant. This information is possessed only by the UE in the open-loop MIMO system, and is expressed by Equation 18 below.
수학식 18에서 B SSC 는 위와 동일하게 안테나 인덱스 시퀀스에 할당하는 정보량이다. 행렬 는 X Ant 의 I j 에 따라서 결정된다. j번째 안테나 시퀀스를 사용해서 데이터를 전송하고, 두 타임 슬롯 (t 0, t 0+1) 에서 사용하는 송신 안테나 쌍을 (m 1,m 2) 라고 가정하면, 이에 상응하는 유효채널 의 4개 원소를 아래와 같이 구성한다. B SSC in Equation 18 is the amount of information allocated to the antenna index sequence in the same way as above. procession is X Ant of I j is determined according to Assuming that data is transmitted using the j-th antenna sequence, and a transmission antenna pair used in two time slots ( t 0 , t 0 +1) is ( m 1 , m 2 ), a corresponding effective channel The four elements of is composed as follows.
여기서, 이고, h(m 2) 은 벡터 h 의 m 2 번째 원소로서, 윗 첨자 '*'는 켤레 복소수를 의미한다. 각 원소는 독립적이고 동일한 분산 가우시안 요소(independent and identically distributed Gaussian element)이고, 서로 다른 벡터 채널은 독립임을 가정한다.here, , and h( m 2 ) is the m 2nd element of the vector h, and the superscript '*' means a complex conjugate number. It is assumed that each element is an independent and identically distributed Gaussian element, and that the different vector channels are independent.
예를 들어, 타임 슬롯 (1,2), (3,4), (5,6), (7,8) 에서 차례대로 사용된 안테나 인덱스가 (1,3), (2,4), (5,7), (6,8)인 경우, 행렬 을 아래 수학식 19와 같이 구성한다.For example, the antenna indexes sequentially used in time slots (1,2), (3,4), (5,6), (7,8) are (1,3), (2,4), ( 5,7), if (6,8), matrix is configured as in Equation 19 below.
B) 안테나 인덱스 시퀀스 생성B) Antenna index sequence generation
본 발명에서는, GBD-QOSTBC 기법이 제공하는 최대 시공간 다이버시티 이득을 유지하면서 블록 대각행렬 형태의 GBD-QOSTBC 코드워드 행렬을 변형한다. 도면을 참조하여 설명한다.In the present invention, the GBD-QOSTBC codeword matrix in the form of a block diagonal matrix is transformed while maintaining the maximum space-time diversity gain provided by the GBD-QOSTBC technique. It will be described with reference to the drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 안테나 인덱스 시퀀스를 생성하는 예를 도시한다.3 illustrates an example of generating an antenna index sequence according to an embodiment of the present invention.
연속적인 두 타임 슬롯 동안 사용하는 두 개의 안테나가 시퀀스를 구성하는 하나의 심볼이 되며, 도 3에 나타낸 바와 같이 열 벡터를 단위로 GBD-QOSTBC 코드워드 행렬을 변형한다. 도 3에서 좌측의 GBD-QOSTBC 코드워드 행렬을 C2 k 로 표시하고, 우측의 변형된 GBD-QOSTBC 코드워드 행렬을 로 표현한다.Two antennas used for two consecutive time slots become one symbol constituting a sequence, and as shown in FIG. 3 , the GBD-QOSTBC codeword matrix is transformed using a column vector as a unit. In FIG. 3, the GBD-QOSTBC codeword matrix on the left is C 2 k and the modified GBD-QOSTBC codeword matrix on the right expressed as
여기서, 는 블록대각 행렬 형태는 아니지만, 여전히 행렬은 대각 행렬이다. 또한, 와 은 동일한 대각 행렬이 아니고, 이에 상응하는 유효 채널 행렬도 동일한 원리가 적용된다. 따라서 단말은 서로 다른 정보로써 구분이 가능하다.here, is not in the form of a block diagonal matrix, but still The matrix is a diagonal matrix. Also, Wow is not the same diagonal matrix, and the same principle applies to the corresponding effective channel matrix. Therefore, the terminals can be distinguished by different information.
이러한 방식으로 M T ×M T GBD-QOSTBC 행렬을 변형해서 생성할 수 있는 최대 시퀀스의 개수는 총 M T 개의 송신 안테나 가운데 중복을 허용하지 않고 2개씩 총 M T /2 번 선택하는 경우의 수로서, 아래 수학식 20과 같다.The maximum number of sequences that can be generated by transforming the M T × M T GBD-QOSTBC matrix in this way is the number of cases in which two M T /2 times are selected without allowing overlap among the total M T transmit antennas. , as in
이러한 방식으로, 안테나 시퀀스 인덱스에 할당 할 수 있는 최대 정보량은 아래 수학식 21과 같다.In this way, the maximum amount of information that can be allocated to the antenna sequence index is expressed in Equation 21 below.
수학식 12에서 M T 가 매우 크면, (α)→0 이고, (β) 는 상수 값으로 항상 2보다 작다. 따라서, 송신 안테나가 매우 많을 때, B SSC 의 상기 수학식 21과 같이 표현할 수 있다. 또한, 도 4의 그래프에서 안테나 수가 증가함에 따라서 수학식 21과 같이 로그 함수에 비례해서 최대 정보량이 증가함을 볼 수 있다.In Equation 12, when M T is very large, ( α )→0, ( β ) is a constant value and is always less than 2. Therefore, when there are very many transmit antennas, B SSC can be expressed as in Equation 21 above. Also, in the graph of FIG. 4 , it can be seen that the maximum amount of information increases in proportion to the log function as shown in Equation 21 as the number of antennas increases.
C) 본 발명에 따른 STBC-SSC 방식 신호의 송수신 절차 (STBC-SSC)C) STBC-SSC signal transmission/reception procedure according to the present invention (STBC-SSC)
우선, 송수신기 모두 상술한 (1) 내지 (3)의 코드북을 가지고 있고, 수신기는 채널 추정을 통해서 (4)의 코드북을 추가적으로 가지고 있는 것으로 가정한다.First, it is assumed that both the transceivers have the codebooks of (1) to (3) described above, and the receiver additionally has the codebooks of (4) through channel estimation.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신기의 구조를 도시한다.5 shows the structure of a transmitter according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 우선 전송할 데이터를 채널 코딩을 통해서 부호화 비트 열(즉, 코드워드)을 발생시킨다 설명의 편의를 위하여, 단일 코드워드를 가정하고, 총 비트수는 N = B QOSTBC + B SSC 를 가정한다. 여기서, 총 N 비트 가운데, B QOSTBC 비트는 QO-STBC 기법으로 전송되고, B SSC 비트는 안테나 시퀀스에 할당 되어 전송된다. 길이 N의 부호화 비트 열을 두 부분으로 나누는 기준은 부호화 및 복호화 과정을 위해서 송수신기 모두 알고 있어야 한다.Referring to FIG. 5, first, an encoded bit stream (ie, codeword) is generated through channel coding for data to be transmitted. For convenience of explanation, a single codeword is assumed, and the total number of bits is N = B QOSTBC + B SSC assume Here, among the total N bits, B QOSTBC bits are transmitted using the QO-STBC technique, and B SSC bits are allocated to the antenna sequence and transmitted. The criterion for dividing the encoded bit stream of length N into two parts must be known to both the transceiver and the transceiver for the encoding and decoding processes.
길이가 B SSC 인 개의 비트 열은 총 개의 안테나 시퀀스에 할당된다. 각 안테나 시퀀스에 할당된 비트 열에 대한 정보는 코드북 X Ant 에 정의 되어있다. 또한, 아래 수학식 22와 같이 데이터 전송 시점에 따라서 전송하고자 하는 비트 열이 몇 번째 안테나 인덱스 시퀀스를 사용할 것인지 결정된다.of length B SSC The number of bit strings is is assigned to an antenna sequence. Information on the bit string allocated to each antenna sequence is defined in the codebook X Ant. In addition, as shown in Equation 22 below, it is determined which antenna index sequence is to be used for the bit stream to be transmitted according to the data transmission time.
안테나 인덱스 시퀀스 코드워드가 결정되면, 타임 슬롯 쌍에서 (t 1,t 2)=(1,2),...,(M T -1,M T ) 사용할 안테나 쌍의 순서가 결정된다. 결정된 순서에 따라서 GBD-QOSTBC 심볼 을 전송한다.When the antenna index sequence codeword is determined, the order of the antenna pairs to be used in ( t 1 , t 2 )=(1,2),...,( M T -1, M T ) is determined in the time slot pair. GBD-QOSTBC symbols according to the determined order to send
다음으로, 전송된 데이터를 복원하기 위한 수신기 동작을 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수신기의 구조를 도시한다. 도 6에서 벡터 는 M T 타임 슬롯 동안 받은 수신신호 벡터를 의미한다.Next, a receiver operation for recovering transmitted data will be described. 6 shows the structure of a receiver according to an embodiment of the present invention. vector in fig. It refers to a received signal vector received during the time slot T M.
도 6을 참조하면, 수신기는 복호화를 통해서 코드북 X QAM,QOSTBC , X G-STBC , X H , X Ant 의 코드워드 인덱스를 찾는다. 전체적인 복호화 순서는 다음과 같다. 도 6에서는 안테나 시퀀스 X Ant 과 X G-STBC 심볼을 함께 찾는 Joint ML (maximum likelihood) 방식을 기준으로 나타내었다. X Ant 심볼을 찾는 방식을 먼저 설명하고, X G-STBC 심볼을 찾는 방식은 후술한다.Referring to FIG. 6 , the receiver finds codeword indexes of codebooks X QAM, QOSTBC , X G-STBC , X H , and X Ant through decoding. The overall decoding order is as follows. In FIG. 6, the joint ML (maximum likelihood) method for finding both the antenna sequence X Ant and the X G-STBC symbol is shown. A method of finding an X Ant symbol will be described first, and a method of finding an X G-STBC symbol will be described later.
(a) Joint-ML 복호(Decoding)(a) Joint-ML Decoding
수신기는 GBD-QOSTBC 코드북( X G-STBC ) 및 안테나 인덱스 시퀀스가 반영된 유효 채널 코드북 ( X H )을 사용하여 Joint-ML 복호화를 수행한다. 코드북 에서 정의된 유효 채널 행렬 가운데, j 번째 행렬의 켤레 전치 행렬을 수신 신호 벡터에 곱하면 다음 수학식 23과 같다.The receiver performs Joint-ML decoding using the GBD-QOSTBC codebook ( X G-STBC ) and the effective channel codebook ( X H) in which the antenna index sequence is reflected. codebook Among the effective channel matrices defined in , when the received signal vector is multiplied by the conjugate transpose matrix of the j-th matrix, the following Equation 23 is obtained.
수학식 23의 벡터 의 홀수 및 짝수 인덱스에 해당되는 원소들을 구분하여 두 개의 벡터 로 구분한다. 는 다음 수학식 24과 같이 정의된다.Vector of Equation 23 Separate the elements corresponding to odd and even indices of separated by is defined as in Equation 24 below.
다음으로, j 번째 안테나 인덱스 시퀀스에 따라서 데이터를 전송했다고 가정하고, X G-STBC 에서 수신신호 벡터와 가장 가까운 GBD-QOSTBC 코드워드 벡터를 찾는다. 이 때, 가장 가까운 코드워드 벡터를 찾는 거리 측정(distance measure)은 l 2-norm으로 가정하지만, 다른 측정 방법 역시 가능하다. 두 심볼 벡터 에 대해서 코드북 X G-STBC 의 k번째 코드워드 벡터와 l 2-norm 값을 아래 수학식 25 및 수학식 26과 같이 계산한다.Next, assuming that data is transmitted according to the j-th antenna index sequence, the GBD-QOSTBC codeword vector closest to the received signal vector is found in X G-STBC. In this case, a distance measure for finding the nearest codeword vector is assumed to be l 2 -norm, but other measuring methods are also possible. two symbol vector For , the k-th codeword vector and l 2 -norm value of the codebook X G-STBC are calculated as shown in Equations 25 and 26 below.
상기 수학식 25 및 수학식 26에서 S[k]∈X G-STBC 이고, a j ,b j ,c j ,d j 는 아래의 수학식 27에서 유도된다.In Equations 25 and 26, S[ k ]∈ X G-STBC , a j , b j , c j , d j is derived from Equation 27 below.
또한, X H 의 j번째 코드워드 행렬에 대해서 X G-STBC 의 모든 코드워드 벡터 ()를 고려해서 수학식 25 및 수학식 26을 계산한다. 다음으로, X H 의 모든 코드워드 행렬에 대해서 () 앞서 설명한 과정을 반복 수행함으로써 모든 k, j에 대해서 , 값을 찾는다. 이후, 계산한 값을 바탕으로 아래에 제시된 기준에 따라서 안테나 시퀀스 인덱스와 GBD-QOSTBC 코드워드 인덱스를 아래 수학식 28과 같이 결정한다.In addition, for the j-th codeword matrix of X H , all codeword vectors of X G-STBC ( ) to calculate Equations 25 and 26. Next, for all codeword matrices of X H ( ) for all k and j by repeating the process described above. , find the value Thereafter, based on the calculated values, the antenna sequence index and the GBD-QOSTBC codeword index are determined as shown in Equation 28 below according to the criteria presented below.
상기 수학식 28에서 k * 는 코드북 X G-STBC 의 코드워드 벡터 인덱스이고, j * 는 코드북 X Ant 의 코드워드 행렬 인덱스이다.In Equation 28, k * is a codeword vector index of the codebook X G-STBC , and j * is a codeword matrix index of the codebook X Ant.
(b) 수학식 14의 역 연산을 통해서 아래 수학식 29와 같이 X QAM,QOSTBC 심볼 벡터를 찾는다.(b) Through the inverse operation of Equation 14, X QAM,QOSTBC symbol vectors are found as shown in Equation 29 below.
(c) QAM/PSK등의 송신 심볼 결정 및 결정한 심볼의 복조를 통하여 2진 데이터를 추출한다.(c) Binary data is extracted through determination of transmission symbols such as QAM/PSK and demodulation of the determined symbols.
(d) 결정된 j * 번째 안테나 시퀀스에 할당되어 있는 비트열을 코드북 X Ant 에서 추출한다.(d) A bit string allocated to the determined j * th antenna sequence is extracted from the codebook X Ant.
(e) 앞의 (c) 및 (d)에서 추출한 2진 데이터를 하나의 비트 열로 합쳐서 송신된 것으로 예상되는 부호화 비트 열을 구성하고, 이를 복호화 하고 원신호(2진 데이터)를 복원한다.(e) Combining the binary data extracted in (c) and (d) into one bit stream to compose the coded bit stream expected to be transmitted, and then decodes it and restores the original signal (binary data).
이하, 상술한 설명을 바탕으로 본 발명의 STBC-SSC 방식의 신호 송신의 예를 설명한다. 우선, QO-STBC 방식으로 8 비트 (즉, 8개의 안테나를 통하여 각각 1비트씩 전송)하고, 추가적으로 SSC를 이용하여 2 비트의 데이터를 전송하는 것으로 가정한다. 따라서, 아래와 같이 정의할 수 있다.Hereinafter, an example of signal transmission in the STBC-SSC method of the present invention will be described based on the above description. First, it is assumed that 8 bits (that is, each 1 bit is transmitted through 8 antennas) are transmitted in the QO-STBC method, and 2 bits of data are additionally transmitted using SSC. Therefore, it can be defined as follows.
- 8x8 GBD-QOSTBC, M T = 8- 8x8 GBD-QOSTBC, M T = 8
- B STBC = 8 bits 및 B SSC = 2 bits- B STBC = 8 bits and B SSC = 2 bits
- Constellation : BPSK (M=2)- Constellation : BPSK (M=2)
또한, 시스템 환경에 따라서 내부 파라미터 T,D 를 다음과 같이 정의한다.In addition, depending on the system environment, internal parameters T and D are defined as follows.
- ,- ,
- 안테나 8개, BPSK 일 때, GBD-QOSTBC의 최대 시공간 다이버시티를 얻기 위해서 필요한 위상은 θ 0 = 0 , , 이다.- For 8 antennas and BPSK, the phase required to obtain the maximum space-time diversity of GBD-QOSTBC is θ 0 = 0 , , to be.
- 하다마드 행렬은 로 가정한다.- Hadamard procession assume that
송신 데이터 스트림 한 개 당 1 bit씩 총 8 bits를 전송하기 위해서 각 안테나 마다 하나의 BPSK심볼을 M T = 8 타임 슬롯 동안 전송한다. 코드북 X QAM,QOSTBC , X G-STBC 의 원소는 4x1 벡터이고, 하나의 벡터에서 각 원소는 BPSK 신호 2개 가운데 하나로 결정된다. 따라서 X QAM,QOSTBC , X G-STBC 은 총 개의 4x1 코드워드 벡터를 원소로 갖는다. X QAM,QOSTBC , X G-STBC 은 아래와 같다.In order to transmit a total of 8 bits, each 1 bit per transmission data stream, one BPSK symbol for each M T = Transmit during 8 time slots. The elements of the codebook X QAM, QOSTBC and X G-STBC are 4x1 vectors, and each element in one vector is determined by one of two BPSK signals. So X QAM,QOSTBC , X G-STBC is the total It has 4x1 codeword vectors as elements. X QAM, QOSTBC , X G-STBC are as follows.
- X QAM,QOSTBC = {s[1],s[2],...,s[16]} , s n [k]∈{-1,+1}- X QAM,QOSTBC = {s[1],s[2],...,s[16]} , s n [ k ]∈{-1,+1}
- 파라미터 범위: k∈{1,2,...,16}, n∈{1,2,...4}- Parameter range: k ∈{1,2,...,16}, n ∈{1,2,...4}
- X G-STBC = TD×X QAM,QOSTBC = {S[1],S[2],...,S[16]}- X G-STBC = TD × X QAM,QOSTBC = {S[1],S[2],...,S[16]}
송신 안테나 인덱스 시퀀스로 보내는 정보는 총 2 비트로서, 송신 안테나 인덱스 시퀀스 및 상응하는 2진 신호를 다음과 같이 정의한다.The information transmitted to the transmit antenna index sequence is 2 bits in total, and the transmit antenna index sequence and the corresponding binary signal are defined as follows.
- X Ant = {I 1,I 2,I 3,I 4,u1,u2,u3,u4}- X Ant = { I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ,u 1 ,u 2 ,u 3 ,u 4 }
I 1 = (1,2), (3,4), (5,6), (7,8), I 2 = (1,3), (2,4), (5,7), (6,8) I 1 = (1,2), (3,4), (5,6), (7,8), I 2 = (1,3), (2,4), (5,7), (6 ,8)
- I 3 = (1,4), (2,5), (3,8), (6,7), I 4 = (1,5), (2,6), (3,7), (4,8)- I 3 = (1,4), (2,5), (3,8), (6,7), I 4 = (1,5), (2,6), (3,7), ( 4,8)
- u1 = [0,0],u2 = [0,1],u3 = [1,0],u4 = [1,1]- u 1 = [0,0], u 2 = [0,1], u 3 = [1,0], u 4 = [1,1]
다음으로, X Ant = {I 1,I 2,I 3,I 4,u1,u2,u3,u4} 에 상응하는 유효채널 행렬 코드북 은 다음과 같다.Next, the effective channel matrix codebook corresponding to X Ant = { I 1 , I 2 , I 3 , I 4 ,u 1 ,u 2 ,u 3 ,u 4 } Is as follows.
임의의 k 번째 심볼벡터 S[k]∈X G-STBC 가 시퀀스 I 2 를 이용해서 전송되었다고 가정하고, 수신 잡음을 생략하면, 수학식 23은 아래 수학식 30과 같이 표현된다.If it is assumed that an arbitrary k-th symbol vector S[ k ]∈ X G-STBC is transmitted using the sequence I 2 and reception noise is omitted, Equation 23 is expressed as Equation 30 below.
특히, 에서 는 아래 수학식 31과 같은 형태를 갖는다.Especially, at has the form as in Equation 31 below.
이를 바탕으로, 수학식 25 및 수학식 26에서 j =2에 해당되는 파라미터 a 2, b 2, c 2, d 2 는 , , , 와 같다. , j = 1,3,4 경우에도 동일한 방식으로 유도된다. Based on this, parameters a 2 , b 2 , c 2 , d 2 corresponding to j = 2 in Equations 25 and 26 are , , , same as , j = 1,3,4 is derived in the same way.
시퀀스 I 2 에 해당되는 유효채널 와 다른 시퀀스에 해당되는 채널행렬의 전치 행렬과의 곱 ,, 행렬은 대각행렬이 되지 않는다. 수신신호에 코드북 X H 의 j번째 원소의 전치행렬을 곱한 의 홀수 및 짝수 원소들을 구분해서 복호화 하더라도, 잡음이 없는 경우, 항상 원하는 송신 심볼 벡터 및 사용한 시퀀스에 해당되는 유효채널 행렬을 찾아낼 수 있다. 따라서, 를 아래 수학식 32와 같이 , 로 분리해서 복호화한다.Effective channel corresponding to sequence I 2 multiplied by the transpose matrix of the channel matrix corresponding to another sequence , , The matrix is not diagonal. Codebook X H in the received signal multiplied by the transpose matrix of the j-th element of Even when the odd and even elements are separately decoded, if there is no noise, an effective channel matrix corresponding to a desired transmission symbol vector and a used sequence can always be found. thus, as Equation 32 below , is separated and decoded.
수학식 25 내지 수학식 27에서 나타낸 바와 같이 , 값을 찾고, 아래 수학식 33을 통하여 송신 심볼 벡터 및 송신 안테나 인덱스 시퀀스를 결정한다.As shown in Equations 25 to 27 , A value is found, and a transmit symbol vector and a transmit antenna index sequence are determined through Equation 33 below.
이하에서는, 도 6의 수신기보다 연산복잡도가 낮은 수신기 구조를 제안한다.Hereinafter, a receiver structure having a lower computational complexity than that of the receiver of FIG. 6 is proposed.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수신기의 다른 구조를 도시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating another structure of a receiver according to an embodiment of the present invention.
도 6에서 나타낸 수신기는 모든 QO-STBC 심볼 및 모든 안테나 인덱스 시퀀스를 함께 찾기 때문에, 안테나가 매우 많은 경우 및 변조 차수가 높은 경우, 복잡도가 지나치게 증가할 수 있다. 이러한 이유로 안테나 인덱스를 2개씩 순차적으로 찾는 저 복잡도 수신 기법을 고려할 수 있다.Since the receiver shown in FIG. 6 searches all QO-STBC symbols and all antenna index sequences together, complexity may increase excessively when there are very many antennas and when a modulation order is high. For this reason, a low-complexity reception technique for sequentially finding two antenna indices may be considered.
수학식 25, 수학식 26 및 수학식 31에서 볼 수 있듯이, 유효 채널행렬 이 블록대각 행렬의 형태가 아니더라도 은 대각행렬이다. 이를 이용해서 두 개의 타임 슬롯을 기준으로 하나의 안테나 인덱스 쌍을 결정한다. 도 7에서 심볼 수신 시점에 따라서 수신 심볼 벡터를 아래 수학식 34와 같이 나타낸다.As can be seen in Equation 25, Equation 26 and Equation 31, the effective channel matrix Even if it is not in the form of this block diagonal matrix is a diagonal matrix. Using this, one antenna index pair is determined based on two time slots. In FIG. 7, a received symbol vector is expressed as Equation 34 below according to a symbol reception time.
먼저, 안테나 인덱스 쌍들을 찾기 위해서 코드북 X G-STBC 을 사용한다. 수학식 13의 코드북 X QAM,QOSTBC 에서 정의된 QAM 심볼은 M T /2 개의 GBD-QOSTBC심볼 디코딩 이후에 수학식 14의 행렬 TD 의 역행렬을 곱해서 찾는다. 따라서 본 발명의 수신 방식에서도 X G-STBC 을 기반으로 안테나 인덱스 시퀀스를 결정한 이후에, X QAM,QOSTBC 을 찾을 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 아래 수학식 35의 안테나 인덱스 시퀀스 4개를 고려한다. First, the codebook X G-STBC is used to find antenna index pairs. The QAM symbol defined in the codebook X QAM,QOSTBC of Equation 13 is found by multiplying the inverse of the matrix TD of Equation 14 after decoding M T /2 GBD-QOSTBC symbols. Therefore, even in the reception method of the present invention, after determining the antenna index sequence based on X G-STBC , X QAM and QOSTBC can be found. For convenience of description, four antenna index sequences in Equation 35 below are considered.
위에서 t = 1,2 에서 사용할 수 있는 안테나 인덱스 짝은 (1,2), (1,3), (1,4), (1,5)으로 한정된다. 따라서, t = 1,2 에서는 이러한 4가지 조합만 고려한다. t = 3,4 및 이후의 타임 슬롯에서도 동일하다. t = 1,2 에서 X G-STBC 의 k번째 심볼 벡터가 전송되었고, 안테나 인덱스 (1,3)이 선택 되었다면, 2개의 GBD-QOSTBC 심볼이 각각 와 같고, 간섭 영향이 없는 경우 GBD-QOSTBC 심볼을 항상 찾을 수 있다.In the above, antenna index pairs that can be used at t = 1,2 are limited to (1,2), (1,3), (1,4), and (1,5). Therefore, only these four combinations are considered at t = 1,2. The same is true for t = 3,4 and subsequent time slots. If the k-th symbol vector of X G-STBC is transmitted at t = 1,2 and the antenna index (1,3) is selected, two GBD-QOSTBC symbols are each , and if there is no interference effect, the GBD-QOSTBC symbol can always be found.
수학식 14에서 볼 수 있듯이, t = 1,2 에서는 S 1[k] 과 S 2[k] 만 전송 할 수 있기 때문에 t = 1,2 에서 S j [k],j≥3 에 대해서는 고려하지 않는다. t = 3,4 에서도 동일한 원리로, X G-STBC 코드북에서 S j [k],j = 3,4 만 고려해서 찾으면 된다. 결과적으로 GBD-QOSTBC 심볼 및 안테나 인덱스를 함께 찾는 것이지만, 시퀀스 전체를 찾는 것이 아니고, 2개의 Alamouti block을 기반으로 찾기 때문에 앞서 제시한 joint-ML 기법보다 연산 복잡도가 낮다.As can be seen in equation 14, t = 1,2 in the S 1 [k] and S 2 [k], only to consider for S j [k], j ≥3 at t = 1,2, because it can transmit does not In the same principle in t = 3,4, it is only necessary to consider S j [ k ], j = 3,4 in the X G-STBC codebook. As a result, the GBD-QOSTBC symbol and the antenna index are searched together, but the computational complexity is lower than the joint-ML method presented above because it is not searched for the entire sequence, but based on two Alamouti blocks.
정리하면, 본 발명은 기존의 GBD-QOSTBC 구조를 변형해서 송신 안테나 인덱스로 구성된 시퀀스를 만들고, 만들어진 안테나 시퀀스에 2진 데이터 시퀀스를 할당함으로써, 송신 심볼 (즉, QAM, PSK등의 변조 심볼)에 실어서 보내야 할 데이터의 일부분을 안테나 시퀀스에 할당하는 것이다. 이에 따라서, 변조 차수가 증가함에 따라서 심볼 간의 최소 거리가 줄어드는 것을 방지할 수 있으며, 일정 수준 이상의 SNR 영역에서 GBD-QOSTBC보다 개선된 BER 성능을 제공한다.In summary, the present invention modifies the existing GBD-QOSTBC structure to create a sequence composed of a transmit antenna index, and allocates a binary data sequence to the created antenna sequence to transmit symbols (i.e., modulation symbols such as QAM and PSK). Part of the data to be loaded and transmitted is allocated to the antenna sequence. Accordingly, it is possible to prevent the minimum distance between symbols from being reduced as the modulation order increases, and to provide improved BER performance compared to GBD-QOSTBC in the SNR region above a certain level.
기존 STBC-SM방식은 데이터 스트림을 전송 할 때 SM 이득을 얻는 대신 다이버시티 성능 손실을 감수해야 하지만, 제안하는 방식은 QO-STBC기법으로 얻을 수 있는 다이버시티 이득을 최대한 잃어버리지 않으면서 송신 안테나 시퀀스에 데이터를 실어 보내서 SM-MIMO과 유사한 이득을 얻는다.The existing STBC-SM method has to suffer diversity performance loss instead of obtaining an SM gain when transmitting a data stream. A similar gain to SM-MIMO is obtained by loading data into the .
Claims (5)
데이터를 채널 코딩하여 특정 비트 사이즈의 비트열를 생성하는 단계;
상기 비트열를 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열와 제 2 비트 사이즈의 제 2 비트열로 분할하는 단계;
상기 제 2 비트 사이즈의 제 2 비트열를 신호 송신 시점에 기반하여 복수의 안테나 시퀀스 코드워드 중 선택된 안테나 시퀀스 코드워드에 할당하는 단계; 및
상기 할당된 안테나 시퀀스 코드워드가 지시하는 안테나 쌍의 순서에 따라 복수의 안테나 포트 쌍에 기반하여 상기 수신단으로 상기 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열를 송신하는 단계를 포함하되,
상기 안테나 시퀀스 코드워드는 서로 중첩되지 않는 상기 복수의 안테나 포트 쌍의 인덱스들을 포함하고 상기 복수의 안테나 포트 쌍 각각은 상기 제 2 비트열의 하나의 비트를 나타내는 것을 특징으로 하는,
신호 송신 방법.A method for a transmitting end to transmit a signal to a receiving end in a multi-antenna-based wireless communication system, comprising:
generating a bit stream of a specific bit size by channel-coding data;
dividing the bit string into a first bit string having a first bit size and a second bit string having a second bit size;
allocating a second bit string of the second bit size to a selected antenna sequence codeword from among a plurality of antenna sequence codewords based on a signal transmission time; and
Transmitting a first bit stream of the first bit size to the receiving end based on a plurality of antenna port pairs according to the order of the antenna pairs indicated by the assigned antenna sequence codeword,
The antenna sequence codeword includes indices of the plurality of antenna port pairs that do not overlap each other, and each of the plurality of antenna port pairs represents one bit of the second bit string,
How to transmit a signal.
상기 안테나 시퀀스 코드워드는,
2개의 타임 슬롯과 2개의 안테나 인덱스들로 정의되는 것을 특징으로 하는,
신호 송신 방법.The method of claim 1,
The antenna sequence codeword is
characterized in that it is defined by two time slots and two antenna indices,
How to transmit a signal.
상기 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열를 송신하는 단계는,
타임 슬롯 단위로, 상기 할당된 안테나 시퀀스 코드워드가 지시하는 안테나 쌍의 순서에 따라, 상기 제 1 비트 사이즈의 제 1 비트열을 QO (quasi-orthogonal)-STBC (space time block code) 기법으로 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
신호 송신 방법.The method of claim 1,
Transmitting the first bit stream of the first bit size comprises:
In units of time slots, according to the order of the antenna pairs indicated by the allocated antenna sequence codeword, the first bit stream of the first bit size is transmitted using a quasi-orthogonal (QO)-space time block code (STBC) technique. characterized in that it comprises the step of
How to transmit a signal.
상기 할당된 안테나 시퀀스 코드워드는,
2개의 타임 슬롯에서 데이터가 송신되는 안테나 쌍을 지시하는 것을 특징으로 하는,
신호 송신 방법.4. The method of claim 3,
The allocated antenna sequence codeword is,
Characterized in indicating an antenna pair through which data is transmitted in two time slots,
How to transmit a signal.
상기 제 1 비트 사이즈와 상기 제 2 비트 사이즈의 합은 상기 특정 비트 사이즈인 것을 특징으로 하는,
신호 송신 방법.The method of claim 1,
The sum of the first bit size and the second bit size is the specific bit size,
How to transmit a signal.
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